POP堆疊芯片的振動(dòng)疲勞及可靠性研究.pdf

1、電子科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展使得電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代更加頻繁，消費(fèi)者對(duì)電子產(chǎn)品的需求不斷的提高，迫使電子產(chǎn)品不斷向小型化、微型化、高密度和智能化的趨勢(shì)發(fā)展。在這種發(fā)展過(guò)程中，為了滿足電子產(chǎn)品的產(chǎn)品尺寸小，產(chǎn)品性能高的要求，因此電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方向已由傳統(tǒng)的平面空間轉(zhuǎn)向新型的立體空間。疊層封裝POP(package-on-package)的出現(xiàn)滿足了這種要求。但是隨著電子產(chǎn)品的使用環(huán)境日益惡劣，電子器件在運(yùn)輸和應(yīng)用過(guò)程中容易受到各種隨機(jī)振動(dòng)載荷的影

2、響而導(dǎo)致電子產(chǎn)品經(jīng)受高周疲勞而失效，從而導(dǎo)致設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，POP封裝組件的動(dòng)態(tài)特性和焊點(diǎn)的疲勞可靠性成為關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　本文設(shè)計(jì)并制作了一塊包含POP疊層封裝組件的樣品，針對(duì)該樣品開(kāi)展了動(dòng)態(tài)特性和疲勞特性的實(shí)驗(yàn)、有限元模擬仿真等研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1)利用錘擊激勵(lì)法對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)。通過(guò)模態(tài)分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到了該P(yáng)OP疊層封裝在四點(diǎn)螺栓固定條件下的固有頻率和模態(tài)振型。
　　

3、2)對(duì)POP組件進(jìn)行了疲勞特性實(shí)驗(yàn)研究。在研究中通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)POP組件施加正弦激勵(lì)和隨機(jī)振動(dòng)載荷激勵(lì)，建立了不同激勵(lì)條件下的疲勞載荷譜，通過(guò)雨流計(jì)數(shù)法得到了不同激勵(lì)條件下的應(yīng)變幅值和持續(xù)時(shí)間。通過(guò)高周疲勞關(guān)系式建立了輸入激勵(lì)大小對(duì)疲勞壽命的影響曲線。最后基于三帶技術(shù)和線性疲勞損傷累積準(zhǔn)則計(jì)算了POP組件在隨機(jī)振動(dòng)載荷下的疲勞壽命。
　　3)由于計(jì)算機(jī)設(shè)備的計(jì)算能力有限以及計(jì)算的模型十分復(fù)雜，在利用有限元軟件ANSYS建立了該樣品

4、的有限元模型的時(shí)候進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。利用ANSYS模態(tài)分析模塊得到了該模型在四點(diǎn)固定方式下的前五階固有頻率和模態(tài)振型云圖。將模擬仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，驗(yàn)證了模型建立的準(zhǔn)確性，并分析了誤差產(chǎn)生的原因。
　　4)在模態(tài)分析基礎(chǔ)上，利用ANSYS軟件對(duì)POP疊層封裝模型進(jìn)行了隨機(jī)振動(dòng)仿真。得到了POP疊層封裝在隨機(jī)振動(dòng)載荷激勵(lì)條件下的應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D、焊點(diǎn)的失效位置以及不同位置焊點(diǎn)的應(yīng)力變化趨勢(shì)。找出受力最大的焊點(diǎn)的位置。并利用焊點(diǎn)體積內(nèi)單